为什么解释量子纠缠的实验证明如此困难呢?

发布网友发布时间：2022-09-30 11:45

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热心网友时间：2024-10-31 01:36

我们怎么知道纠缠粒子的自旋在它们分离之前还没有被确定呢?

一个简单的答案是“贝尔定理”。然而，我也会解释为什么这是一个答案……

根据量子力学，波函数定义了一个量子系统的完整状态，然而它只是不包含足够的信息来同时定义两个互补(或共轭)的可观测的同时(例如位置/动量或能量/时间，沿正交轴的自旋极化，等等)。因此我们有了海森堡测不准原理，我们对一个观察对象了解得越多，对另一个的了解就越少。问题是，这要么是量子系统内部信息的真正缺乏，要么是量子描述的不充分。

EPR实验不仅检验了单个粒子的不确定性原理，也检验了两个纠缠但在空间上分离的粒子的不确定性原理。简而言之，有两个粒子A和B纠缠，然后分离。对于每个粒子都有两个互补的测量值X和Y。一个实验人员选择其中一个测量值(比如X)，然后对粒子a进行观察，然后对这两个粒子的互补观测值变得不确定(由于不确定原理)。这可以立即被另一个远程的实验者看到，他们正在对粒子B进行互补的测量Y，即使他们在空间上是分开的。

如果第一个实验者选择在粒子A上使用测量Y，那么其他可观测到的就会变得不确定。因此，对粒子A进行何种测量的选择，影响了对粒子B的哪些观测结果是不确定的。

当爱因斯坦、波多斯基和罗森第一次试图用EPR实验证明量子力学不成立时(1935年)，他们认为这种情况有两种可能的解释:

1. 在两个空间分离的系统之间有即时的通信。

2. 在进行测量之前，已经确定了这两个独立系统的测量特性。

显然，他们不接受第一种可能性，因为它违反了光速，所以他们确定了第二种可能性，这意味着，对现实的量子力学描述从根本上来说是不完整的。这就是他们希望通过EPR实验来证明的。

为了弥补质量管理“隐藏变量”的缺陷，人们设计了替代方法，最著名的是波西米亚方法。然而，后来贝尔定理(1964年)表明，隐藏变量与QM的结果是不一致的，他提出了可以观察到这一点的具体实例。1972年和1981年的实验令人信服地证实了这一点。这并不能证明QM是完整的，但它确实证明了隐藏变量是不存在的，因此互补变量不能同时被解决，因此量子系统内部确实是缺乏信息的。这意味着无论是局部性还是现实性都与QM不相容。

然而，这揭示了之前被忽视的EPR实验的第三种解释:

3.没有两个独立的系统，只有一个非局域的量子系统，它不是由它的可观测值定义的，而是由它的量子态定义的，

根据这种可能性，这两个系统看似在空间中分离，实际上是由一个不可见但真实的量子系统产生的虚拟现象。

这就引出了第二个问题:为什么解释量子纠缠的实验证明如此困难?

原因是我们习惯于用古典客观主义来思考，在古典客观主义中，观察到的东西是客观真实的，它们定义了系统。这意味着所有系统都是空间定位和局部化的，而所有交互都是“通过空间”发生的。这导致我们假设，因为看起来有两个空间分离的系统，那么实际上也有两个空间分离的系统。

这种类型的思考与QM是不相容的，并使它看起来似是而非和荒谬的。然而，QM是可以理解的，只要一个人放弃古典客观主义，并接受实际系统是不可观察的，而可观察的是在对观察行为的反应中构建的表象。

我们可以很容易地理解类似的现象与计算上下文,即图形对象如何描绘的两端,一个屏幕可以同时改变一些中介对象无需遍历它们之间的屏幕——因为它们是虚拟对象由一个潜在的计算过程的整个情况。

然而，当我们在与我们认为是“物理”的环境相关的情况下遇到相同的现象时，我们会发现很难理解，因为我们认为独立的表象是位于空间中的独立的物理对象(包含所有古典哲学信念)。我们没有意识到它们是由一个潜在的量子过程产生的虚拟表象，这个量子过程激活了整个情境。一旦我们理解了质量管理就变得很容易理解了。